一种Ni-Fe-Cr基GH2150高温合金铸锭的制备方法与流程

本发明涉及高温合金熔炼，具体为一种ni-fe-cr基gh2150高温合金铸锭的制备方法。

背景技术：

1、高温合金是以铁镍钴为基体，可在600℃以上的高温环境及应力作用下长期工作的一类金属材料统称，因其具有较高的高温强度，良好的抗氧化性以及抗腐蚀性能，良好的疲劳性能和断裂韧性，所以被广泛的应用于能源、动力、国防等工程技术领域中。本专利中的gh2150合金属于铁基变形时效强化的高温合金，该类合金的基体为fe-ni-cr三元系，以mo和w为固溶强化元素，同时加入了ti、al以及nb元素进行沉淀强化，被广泛的应用于650-750℃下使用的不同类型航空发动机和燃气轮机的热端部件中。

2、由于gh2150合金自身特性影响，导致真空感应熔炼后的铸锭表面出现较多裂纹，在电渣熔炼过程中频繁呈现出较大的熔速波动，给后续锻造加工带来了极大的风险。流槽和锭模预热温度、熔体浇注温度以及后续的热处理制度与gh2150感应铸锭综合质量具有较大关联，其中尤以锭模预热温度和熔体浇注温度对于感应铸锭综合质量的影响最为显著，进而影响后续电渣熔炼过程中的熔速稳定。因此，选择合适的流槽和锭模预热温度、熔体浇注温度以及热处理制度，对于减少合金热应力，进而减少感应铸锭开裂具有显著的改善作用。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种ni-fe-cr基gh2150高温合金铸锭的制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种ni-fe-cr基gh2150高温合金铸锭的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤；

3、步骤1、原材料的选取及分类：按照gh2150合金的成分要求，称取具有一定元素重量的基体合金料、合金化料和微合金化料；

4、步骤2、真空感应熔炼：将称取的基体合金料、合金化料和微合金化料按照特定顺序加入到真空感应炉中，进行一定时长的真空感应熔炼；

5、步骤3、模组预热及浇注：

6、3.1、在真空感应熔炼前，将流槽放入预热站中，在一定温度下预热一定时间；

7、3.2、在真空感应熔炼过程中，将锭模放入预热站中，在一定温度下预热一定时间；

8、3.3、在真空感应熔炼末期，调整至一定浇注温度后，将预热好的流槽和锭模分别装入流槽室和锭模室中，进行浇注；

9、步骤4、感应铸锭冷却及热处理：

10、4.1、将真空感应铸锭在锭模室中真空冷却一定时间；

11、4.2、将从锭模脱出的感应铸锭放入退火炉中，在一定温度下保温一定时长，最终得到表面质量良好的真空感应铸锭。

12、优选的，所述步骤1中的gh2150成分要求(wt％)为：ni：40.0-50.0，c≤0.08，mo：5.0-7.0，w：2.0-3.5，cr：10.0-15.0，nb：1.0-3.0，ti：1.3-2.2，al：0.5-1.2，b：0.003-0.007，zr：0.03-0.07，mn≤0.4，si≤0.4，cu≤0.07，p≤0.015，s≤0.015，o≤0.0020，n≤0.0020，fe：余量。准备的基体合金料(ni板、c块、fe锭、金属cr)重量为50-75wt％、合金化料(mo条、w条、ninb合金、ti块、al锭)重量为15-40％wt，微合金化料(nib合金、海绵zr)重量为0.001-10％；

13、优选的，所述步骤2中的熔炼时间约为8-12h；

14、优选的，所述步骤3.1中流槽预热温度为1100～1200℃，预热时间9-14h。

15、优选的，所述步骤3.2中锭模预热温度为250～350℃，预热时间2-4h。

16、优选的，所述步骤3.3中浇注温度为1450～1500℃。

17、优选的，所述步骤4.1中真空冷却时间为40-60min。

18、优选的，所述步骤4.2中的热处理温度为1000-1200℃，保温时间为8-10h，随炉冷却至300℃出炉空冷。

19、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

20、(1)本发明采用较低的浇注温度和较高的锭模预热温度，通过减小熔体和锭模之间的温度差来尽可能减少感应铸锭在锭模中冷却时产生的热应力，进而减少感应铸锭内部和外部裂纹数量，提高感应铸锭综合质量；

21、(2)本发明采用较高的退火温度和较长的保温时间，能够及时消除感应铸锭中的热应力，进而得到表面质量良好的感应铸锭，显著改善后续电渣熔炼过程中的熔速波动问题。

技术特征：

1.一种ni-fe-cr基gh2150高温合金铸锭的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种ni-fe-cr基gh2150高温合金铸锭的制备方法，其特征在于：所述步骤1中的gh2150成分要求(wt％)为：ni：40.0-50.0，c≤0.08，mo：5.0-7.0，w：2.0-3.5，cr：10.0-15.0，nb：1.0-3.0，ti：1.3-2.2，al：0.5-1.2，b：0.003-0.007，zr：0.03-0.07，mn≤0.4，si≤0.4，cu≤0.07，p≤0.015，s≤0.015，o≤0.0020，n≤0.0020，fe：余量。准备的基体合金料(ni板、c块、fe锭、金属cr)重量为50-75wt％、合金化料(mo条、w条、ninb合金、ti块、al锭)重量为15-40％wt，微合金化料(nib合金、海绵zr)重量为0.001-10％。

3.根据权利要求1所述的一种ni-fe-cr基gh2150高温合金铸锭的制备方法，其特征在于：所述步骤2中的熔炼时间为8-12h。

4.根据权利要求1所述的一种ni-fe-cr基gh2150高温合金铸锭的制备方法，其特征在于：所述步骤3.1中流槽预热温度为1100～1200℃，预热时间9-14h。

5.根据权利要求1所述的一种ni-fe-cr基gh2150高温合金铸锭的制备方法，其特征在于：所述步骤3.2中锭模预热温度为250～350℃，预热时间2-4h。

6.根据权利要求1所述的一种ni-fe-cr基gh2150高温合金铸锭的制备方法，其特征在于：所述步骤3.3中浇注温度为1450～1500℃。

7.根据权利要求1所述的一种ni-fe-cr基gh2150高温合金铸锭的制备方法，其特征在于：所述步骤4.1中真空冷却时间为40-60min。

8.根据权利要求1所述的一种ni-fe-cr基gh2150高温合金铸锭的制备方法，其特征在于：所述步骤4.2中的热处理温度为1000-1200℃，保温时间为8-10h，随炉冷却至300℃出炉空冷。

技术总结
本发明公开了一种Ni‑Fe‑Cr基GH2150高温合金铸锭的制备方法，具体按照GH2150合金的成分要求，称取定量原材料将其装入真空感应炉中进行熔炼。然后通过选择较低的浇注温度和较高的锭模预热温度，减少铸锭冷却时的热应力，并且选择较高的退火温度和较长的保温时间，及时消除铸锭内部热应力，最终得到表面质量良好，电渣熔炼过程中无熔速波动的真空感应铸锭。其主要特点在于，采用较低的浇注温度和较高的锭模预热温度、以及较高的退火温度和较长的保温时间，可以得到表面质量良好且电渣熔炼过程无熔速波动的真空感应铸锭。

技术研发人员：曹国鑫,李明鸿,陈闽俊,牛少强,王东伟,张建伟,徐文梁,何永胜,付宝全
受保护的技术使用者：西安聚能高温合金材料科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23